Molekulares Profiling des hämatopoetischen Supports Interleukin stimulierter Endothelzellen

Abstract

Stamm- und Progenitorzellen (HSPC) werden zunehmend zur Behandlung zahlreicher maligner und nicht-maligner hämatopoetischer Erkrankungen eingesetzt. Zu den wichtigsten Einschränkungen derartiger Behandlungen zählen u.a. die häufig geringe Zahl verfügbarer Zellen sowie das unzureichende Engraftment transplantierter Zellen. Ziel dieser Arbeit war es, den bekannten hämatopoetischen Nutzen von Endothelzellen (EC) durch bestimmte Modifikationen zu verbessern, sowie neue hämatopoetische Wachstumsfaktoren mithilfe der genomweiten Genexpressionsanalyse zu identifizieren. Um den hämatopoetischen Support von EC zu erhöhen, wurden die EC mit unterschiedlichen Konzentrationen von Interleukin-1ß (IL-1ß), IL-3 und IL-6 stimuliert. Die Interaktion zwischen EC und HSPC wurde mit drei Unterschiedlichen Systemen (direkter, indirekter Zellkontakt sowie ohne Zellkontakt) und mit Hilfe der klassischen Stammzellfunktionsassays untersucht. Durch die IL-1ß und die IL-3 Stimulation von EC konnte in allen drei Systemen eine deutliche Steigerung des hämatopoetischen Support nachgewiesen werden. Dieser Effekt konnte weiter gesteigert werden, wenn die HSPC von den EC getrennt kultiviert wurden und deren Zellkulturüberstände eingesetzt wurden. Durch die Genexpressionsanalyse IL-stimulierter EC sowie durch den Einsatz komplexer Stammzellfunktionsassays konnten neue proteinogene (IL-32, Gro-1, OPG) sowie nicht-proteinogene (PGE2 und NO/Spermidine) hämatopoetische Wachstumsfaktoren identifiziert werden. Die Zellkulturüberstände IL-stimulierter humanen Endothelzellen aus der Nabelschnurrvene (HUVEC) stellen für die ex vivo Expansion von Stammzellen bessere Kulturbedingungen dar, als Zytokin supplementierte Flüssigkulturen sowie bereits beschriebene Kokultursysteme, die ebenfalls EC als Feederzellen nutzen.

Human stem and progenitor cells (HSPC) are increasingly used to treat numerous malignant and non-malignant haematopoietic disorders. Major limitations of this form of treatment include the often low number of cells available and the lack of engraftment of transplanted cells. The aim of this study was to improve the known haematopoietic benefit of endothelial cells (EC) via certain modifications, as well as the identification of new haematopoietic growth factors with the help of genome wide gene expression analysis. In order to increase the haematopoietic support of EC, EC were stimulated with various concentrations of Interleukin-1ß (IL-1ß), IL-3 and IL-6. The interaction between EC and HSPC were analysed with three different systems (direct, indirect cell contact, as well as no cell contact), and with the aid of classical stem cell functional assays. Stimulation of EC by IL-1ß and IL-3 in all three systems demonstrated a significant increase in haematopoietic support. This effect was further enhanced when HSPC were separately cultured from EC, with the use of their cell culture supernatant. Through gene expression analysis of IL-stimulated EC as well as the application of complex stem cell functional assays, new proteinogenic (IL-32, Gro-1, OPG) as well as non-proteinogenic (PGE2 und NO / Spermidine) haematopoietic growth factors were identified. The cell culture supernatant from IL-stimulated human EC from human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) represent an improvement in culture conditions for the ex vivo expansion of stem cells, than cytokine supplemented liquid cultures as well as already established co-culture systems, which use EC as feeder cells.